ВВЕДЕНИЕ 5
1 Существующие инвазивные и неинвазивные методы измерения глюкозы
в крови 7
1.1 Требования к системам мониторинга глюкозы в крови для
самоконтроля при лечении сахарного диабета 7
1.2 Принцип работы контактных глюкометров 8
1.3 Существующие неинвазивные оптические методы 10
1.4 Волновые методы неинвазивной глюкометрии в радиочастотном
диапазоне 12
1.5 Другие варианты неинвазивных глюкометров 19
1.6 Резюме 22
2 Элементарный индукционный подход 23
2.1 Технология измерения иммитанса крови индукционным методом . ... 23
2.2 Описание экспериментов и расчет иммитанса 24
2.3 Анализ экспериментальных данных 27
2.4 Резюме 29
3 Дифференциальная схема кругового охвата 30
3.1 Дифференциальный принцип измерений 30
3.2 Внешний вид установки 31
3.3 Порядок проведения измерений иммитанса фантома крови 32
3.4 Анализ экспериментальных данных 33
3.5 Резюме 36
4 Дифференциальная схема одностороннего доступа 37
4.1 Внешний вид зонда и описание эксперимента 37
4.2 Обработка экспериментальных данных 38
4.3 Анализ экспериментальных данных 39
4.4 Резюме 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 44
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 46
На сегодняшний день человечество разработало множество лекарств для борьбы с различными заболеваниями. Однако несмотря на большой прогресс в борьбе с различными заболеваниями до сих пор остаются неизлечимые болезни, например диабет [1]. При этом заболеваемость сахарным диабетом растёт с каждым годом [1].
Диабет - это заболевание, возникающее из-за нарушения работы желез, производящих инсулин, или клеток в организме, использующих его. Инсулин - это гормон, регулирующий уровень глюкозы в крови, с помощью которого клетки поглощают глюкозу из крови для получения или накопления энергии [1]. Можно выделить два состояния диабета, когда уровень глюкозы остается очень высоким или очень низким в течение длительного времени. Это вызывает гипергликемию или гипогликемию соответственно и приводит к тяжелым заболеваниям, включая почечную недостаточность, болезни сердца и др [1]. Чтобы контролировать уровень инсулина и поддерживать его в нормальном состоянии люди с диабетом вынуждены регулярно контролировать уровень глюкозы в крови.
Сегодня контроль глюкозы в крови в бытовых условиях, как правило, осуществляется с помощью контактных глюкометров [1]. Чтобы измерить уровень глюкозы контактным глюкометром необходимо произвести забор крови, а это не самая приятная и безопасная для большинства людей процедура, которую приходится осуществлять десятки раз в день для постоянного мониторинга. Для решения этой проблемы разрабатываются неинвазивные (бесконтактные) или минимально-инвазивные методы контроля глюкозы в крови человека. К бесконтактным методам относятся технологии, использующие разнообразные методы: инфракрасную (ИК) спектроскопию, спектроскопию Рамана, технологии, основанные на эффектах поворота поляризации, плазмонного резонанса, фотоакустическая, импедансная спектроскопия и другие [5-23, 28-40]. Однако практически разработанные на данный момент бесконтактные технологии по тем или иным причинам не удовлетворяют существующим требованиям к глюкометрам. Прежде всего, по точности измерений и удобству использования в бытовых условиях [3-6]. Обзор существующих решений приведен в главе 1 данной работы.
Среди существующих методов отдельно стоит отметить био- импедансную спектроскопию, которая основана на измерении полного сопротивления биологического объекта в интервале частот [38]. Используя значения комплексного сопротивления, производится расчет изменения концентрации глюкозы в крови [38-39]. Положительным аспектом этой технологии является простота и дешевизна используемой элементной базы в разумных пределах.
Целью данной работы является исследование взаимодействия магнитного поля различных катушек индуктивности, в частности дифференциальных схем, с носителем глюкозы (палец человека и фантом крови) с последующим выделением её концентрации. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Разработка технологии измерений.
2. Подготовка необходимых элементов измерительной системы.
3. Проведение экспериментов.
4. Анализ данных.
Предлагаемое исследование является новым и представляет большой интерес.
В ходе выполнения бакалаврской выпускной работы был проведен обзор существующих методов инвазивной и неинвазивной глюкометрии крови человека. Важность таких измерений продиктована существующей необходимостью борьбы с диабетом. Приоритетность неинвазивной глюкометрии обусловлена практической потребностью создания безопасного метода измерения содержания глюкозы в крови человека. Отмечается, что подобных эффективных устройств к настоящему времени не создано. Объясняется это сложностью строения кожного покрова человека, многочисленными влияниями и изменениями физических параметров человека.
В связи с необходимость развития работ по созданию методов неинвазивной глюкометрии основное внимание в бакалаврской работе было направлено на проведение экспериментальных исследований с фантомом крови человека, в качестве которого выбран физиологический раствор.
Предпочтение было отдано использованию переменного магнитного поля для зондирования фантома с различными концентрациями глюкозы. Измерения проводились в широком диапазоне частот.
Следует отметить, что фантом, как и реальная кровь, обладает определенной проводимостью. Использование переменного магнитного поля должно индуцировать в проводящей среде вихревое электрическое поле, которое вызывает изменение возбуждающего магнитного поля. Добавление малых концентраций глюкозы, вызывает очень малые изменения в магнитном поле. Это создает значительные трудности выделения возникающих изменений.
Использование различных схем измерений показало, что предпочтение должно быть отдано дифференциальным схемам измерений. Экспериментально обнаруженный участок линейной зависимости коэффициента передачи системы дифференциальных катушек от концентрации глюкозы в фантоме крови указывает на перспективность продолжения глюкометрических исследований с использованием переменного магнитного поля. Продолжение намеченных исследований должно дать ключ к созданию неинвазивного метода контроля содержания сахара в крови.
Текущие результаты исследований отражены в публикациях автора бакалаврской работы [41-44].
